喷雾干燥对固体饮料制备的影响

付博飞，奚 祝，彭小伟，李文峰

（长江师范学院生命科学与技术学院，重庆涪陵 408000）

0 引言

干燥是利用热量使湿物料中水分等汽化除去，从而获得固体产品的操作[1]。其干燥的目的在于满足延长食品的货架期、便于贮藏和运输及加工工艺的需要[2]。常见的干燥方法有常压干燥、真空干燥、间歇干燥、连续干燥、喷雾干燥等。喷雾干燥可快速蒸发暴露在高温环境中的小雾滴水分，由于其良好的品质控制和连续化生产等特性，被广泛用来生产粉状产品，是现代食品工业中不可缺少的一项先进技术[3]。其处理的对象可以是溶液、乳液和悬浊液，在连续的干燥操作中，粉末具有一致的表面性能，可以处理热敏性和非热敏性产品[4]。喷雾干燥目前多用于乳制品、咖啡粉、香蕉粉等的干燥制备中[5]。这些食品在干燥后水分降低，蛋白质、无机盐、脂肪等营养素的含量被浓缩，与干燥前营养成分相比，更全面、更合理，更适应不同人群的需要。而喷雾干燥有着干燥迅速、瞬间蒸发、直接干燥成粉末等特点，使其成为食品界一个热门话题之一。

1 喷雾干燥的概况

通过比较近年来相关学者关于喷雾干燥的研究成果发现，影响喷雾干燥得粉率的因素有进料量的大小、温度高低、助干剂用量。对于干燥的对象不同，所设的参数也不同。大致为进料量过大会导致黏壁，进料量过小会导致无滴料或者含糖高的食物会被焦糖化；温度高低分为热风进塔温度、塔内温度和热风离塔温度，进塔温度低会因为物料不能被迅速干燥而黏壁，进塔温度过高会被焦糖化，塔内如果密封不严，外界空气进入会使塔内温度下降而造成黏壁；助干剂用量过少起不到干燥效果，助干剂用量过多又会影响产品本身风味。根据干燥对象的不同，所设参数还需进一步试验得出。

2 影响因素

2.1 进料量对干燥的影响

葛焱等人[3]在研究草本咖啡粉时发现，随着进料量的增大，出粉率呈先增大再减小的趋势，含水率逐渐增大。进料量过小时，喷雾时间长，效率过低；进料量过大时，滴料严重，只有在中间一个合适的滴料量时，最后在干燥时候才会出现无滴料、不黏壁。但从试验结果来看，最好的现象也只能到达“无滴料、黏壁轻”。在此研究基础上，还可以对进料量的速度梯度细化来进一步研究，最后达到“无滴料，无黏壁”的效果。

在用喷雾干燥技术干燥含糖量较高的食品过程中，进料量过小，因为蒸发过度，喷头会黏上料液；温度升高导致蔗糖被焦糖化，造成产物分散性和流动性变差，影响食物的风味[6]；集粉率高，但不利于提高产量[7]；进料量过大又会引起干燥不完全，导致含水量增大不利于贮藏。

在牛奶干燥过程中，喷雾干燥带来的一个最重要问题是喷雾干燥塔壁上颗粒黏壁，这些现象会影响奶粉的品质，给设备清洗带来困难，甚至会造成火灾或者爆炸[8]。同时，莫玲等人[9]在研究喷雾干燥对牛奶蛋白质氧化的影响中发现喷雾干燥会导致牛奶蛋白羰基化修饰，乳脂含量及喷雾干燥条件的不同，影响牛奶的氧化程度。这些问题都需要进一步研究。

2.2 温度对干燥的影响

温度对干燥的影响包括热风进塔温度、塔内温度不均、热风离塔温度等因素。当热风进塔温度过低，雾化的物料不能迅速干燥，会造成黏壁，这其中也包括进风温度适当但是因为塔内没有严格密封，外界冷风进入塔内导致塔内温度下降而造成的黏壁。当热风离塔时温度过高，会导致离塔热风带走更多的能量，使塔内能量降低，导致塔内温度下降，也会导致塔内物料黏壁[10]。张京芳等人[11]在探究鹌鹑蛋黄粉加工工艺中发现，在180℃和200℃温度条件下得到的蛋黄粉色香味均正常。对于同一研究对象，不同研究人员对此研究的结果也不一样，比如李伟锋等人[12]在研究喷雾干燥鸡血浆蛋白粉工艺优化中的最佳值为140℃，其值低于胡奇伟等人[13]（230℃）、孟晓霞[14]（170℃），所以在研究喷雾干燥最佳条件时，需要根据不同环境确定的不同器械和热风进塔温度来综合考虑。同时，也需要考虑热风进塔温度对产品溶解性的影响，比如刘静波等人[15]在探究速溶蛋黄粉喷雾干燥工艺优化中发现，在热风进塔温度为185.36℃时，蛋黄粉的溶解性较好。不同食品在进行喷雾干燥时都会表现出不同的性质，对于某一需要干燥的食品来说，要探究在怎样的条件下其出粉的效果和溶解性效果能达到最佳水平。

2.3 助干剂对干燥的影响

目前用于喷雾干燥的常用助干剂有麦芽糊精、β-环糊精和羧甲基纤维素钠。

2.3.1 麦芽糊精的添加对干燥的影响

麦芽糊精流动性好、无异味、有适当的黏度、耐热性强、吸湿小，有很好的载体作用，用于粉状产品可防止产品结块，增强产品的溶解性，改善产品组织结构，起到助干剂的作用[16]。在喷雾干燥过程中加入助干剂（麦芽糊精）需要一个合适的量，若用量过少，起不到干燥效果，易黏壁；若用量过多，糊精味严重，影响了产品的风味[17]。陈致印等人[18]的研究成果表明，枸杞粉的出粉率随着麦芽糊精用量的增加而增加，但是枸杞粉的颜色会逐渐变浅，枸杞的香味也会变浅，研究结果表明麦芽糊精的用量会影响干燥产物的风味。

2.3.2 β-环糊精的添加对干燥的影响

β-环糊精能对易挥发物质和对热、光、空气敏感的物质产生一定的稳定作用，因此常在喷雾干燥过程中加入适量的β-环糊精来维持色素和芳香物质的稳定[19]。王静等人[20]的研究成果表明，当β-环糊精用量增加时，集粉率先升高然后降低，只有添加适量的β-环糊精才可以提高集粉率。其原因可能是添加β-环糊精过多，料液的黏度上升，黏结于喷头处，导致喷头堵塞，影响喷雾干燥的进程[18]。

2.3.3 羧甲基纤维素钠的添加对干燥的影响

羧甲基纤维素钠作为增稠剂，其胶黏、包胶、成膜作用可以使干燥食品的水溶性物质在羧甲基纤维素钠胶溶液中均匀稳定地分散。羧甲基纤维素用过多会使溶液黏度过大，添加过少则增稠作用不明显[21]。同β-环糊精一样，羧甲基纤维素钠的用量不断增大，出粉率先升高后有所降低[3]。

3 喷雾干燥在速溶固体饮料中的应用

固体饮料是指以糖、乳和乳制品、蛋或蛋制品、果汁或使用食物提取等为主要原料，添加适量的辅料或食品添加剂制成的每100 g成品水分不高于5 g的固体样品，呈粉末状、颗粒状或块状，如速溶咖啡、胡萝卜-大豆蛋白复合饮料[22]、复合蛋白粉[23]等。很多水果汁含有较多的葡萄糖、果糖、低聚糖等成分，在干燥塔壁上不易干燥或已干燥粉粒又融化，难于喷雾成粉[24]。故在用喷雾干燥制固体饮料时，需要对其工艺进行研究。

刘青梅等人[24]在研究杨梅汁速溶固体饮料的加工工艺研究发现添加适量的助干剂麦芽糊精可以提高杨梅固体饮料的出粉率。试验结果表明，不加助干剂麦芽糊精的杨梅汁无法喷雾成粉，在添加10%麦芽糊精助剂，粉体细度和溶解性较好，但粉体容重小、喷雾时间较长；在添加量15%时，效果达到最佳。随着麦芽糊精用量的增加，制品的颗粒变粗，粉体分散性和冲调性变差。可以将其结论运用到其他固体饮料制备中去，在制备固体饮料时，适量加入助干剂，有助于干燥成粉，最后的得粉率会增加，但是助干剂不能无限增加，若是加过量的麦芽糊精，得到的产品会有严重的糊精味。所以，助干剂并不是越多越好。

温度对喷雾干燥的影响较大，包含热风进塔温度和热风离塔温度，热风进塔温度越高，产品的含水率越低[25]，温度越高，干燥对象在雾化后越容易形成水蒸气，所得产品的含水率就会越低。当然，喷雾干燥中的进风温度不能无限高，当到达一定程度时，干燥对象会变得有焦味，这个焦味有可能是干燥对象发生焦糖化而产生的。热风离塔温度对含水率的影响和进风温度有相似之处，但是当热风离塔温度过低时，干燥原料中的水分不能充分蒸发而导致不能完全生成粉体。对于不同干燥对象，根据其性质，设置不同热风进塔与离塔温度的参数，需要进一步试验确定。

在固体饮料研发中，进料量的大小对其产品的影响也较大。黄国清等人[26]在研究杨梅固体饮料的工艺中发现，进料的速度过快，杨梅液里面的水分没有蒸发完全，造成粉末粗糙、黏壁，当进料速度较低时，粉末较为细腻。所以，在制备固体饮料的时候需要考虑一个合适的进料速度，这样才能使产品达到一个很好的效果。在雾化过程中，液滴表现出主要的风味损失，对于可溶性的味道，在平均乳剂液滴大小的最佳值上，可以保留适度的可溶性香精[27]。

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